सकाळ (सप्तरंग) मधील 'सौर उर्जे' वर माझा लेख

सोलार लाइफ

डॉ.पराग वसेकर (psvasekar@gmail.com)

Sunday, June 05, 2011 AT 06:23 PM (IST)

Tags: saptrang,   solar life,   dr. parag vasekar

पुढील वीस वर्षांत जगाची लोकसंख्या आठशे कोटी होऊ शकेल. ऊर्जेची गरज सध्याच्या तुलनेत काही पटींत वाढेल आणि सध्या वीजनिर्माण क्षेत्रात अग्रेसर असलेल्या आण्विक ऊर्जा क्षेत्राने दिवसाला एक अशा गतीने अणुभट्ट्या उभारल्या तरी ही गरज पुरी होण्यासारखी नाही. शिवाय जपानमधील दुर्घटनेच्या पार्श्‍वभूमीवर जगानेही अणुप्रकल्पांचा फेरविचार करण्यास सुरवात केली आहे. त्या पार्श्‍वभूमीवर सौरऊर्जेचा विचार केला असता एका तासात पृथ्वीवर पडणारी सौरऊर्जा ही रूपांतरित केल्यास आपली एका वर्षाची ऊर्जेची निकड भागवण्यासाठी पुरेशी असते! मात्र हे प्रत्यक्षात आणण्यासाठी आणखी बऱ्याच संशोधनाची आवश्‍यकता आहे.
अपारंपरिक आणि विशेषतः सौरऊर्जा क्षेत्रातील संशोधनावरील निधी तसेच जागरूकता दिवसेंदिवस वाढत आहे. सध्याच्या पारंपरिक ऊर्जास्रोतांचे पर्याय फक्त अजून काही वर्षेच उपलब्ध असणार आहेत आणि शिवाय त्यांच्या अनेक नकारात्मक बाजूही आहेत. अपारंपरिक ऊर्जाक्षेत्रात सौरऊर्जेशिवाय वायुऊर्जा, टायडल, जिओथर्मल असे पर्याय आहेत. मात्र, भविष्यकाळातील ऊर्जेची गरज काही अंशीच भागवण्याची क्षमता त्यात आहे. सध्या सौरऊर्जा क्षेत्रातील संशोधन हे मुख्यतः सौरऊर्जा ही पारंपरिक ऊर्जास्रोतांपेक्षा कमी खर्चिक करण्यासाठी चालू आहे. जपान, जर्मनी या सौरऊर्जेतील परंपरागत शिलेदारांसकट अमेरिका, शिवाय चीन आणि भारतानेही याबाबत पुढाकार घेतला आहे. सौरऊर्जा निर्मितीत आणि नंतर वापरातही कुठल्याही प्रकारचे अपायकारक वायू वातावरणात सोडले जात नाहीत. त्यामुळे प्रदूषण, ग्लोबल वार्मिंगसारखे इतर ऊर्जाक्षेत्रांशी निगडित वादांचे विषय सौरऊर्जेपासून मात्र चार हात दूरच आहेत. सौर-विद्युतऊर्जा अधिक प्रचलित आणि पारंपरिक ऊर्जास्रोतांशी स्पर्धात्मक करण्यासाठी अनेक देशांत सबसिडी आणि तत्सम योजना राबवल्या जात आहेत. सौरऊर्जा ही काळाची गरज आहे आणि दूरच्या भविष्यकाळात तर त्याला पर्यायच नाही. इतर पर्यायांवरील अवलंबित्व लवकरात लवकर कमी करण्यासाठी भारतासारख्या देशात योजनाबद्ध नियोजनाची आवश्‍यकता आहे.

थोडे सौरऊर्जेमागील विज्ञानाविषयी
बेकरेल या फ्रेंच शास्त्रज्ञाने १८३९ मध्ये सौरऊर्जा परिवर्तन प्रथम शोधले. त्यानंतर १९५४ मध्ये अमेरिकेतील "बेल लॅब' या जगप्रसिद्ध प्रयोगशाळेत पहिला आधुनिक सोलार सेल जन्माला आला. सोलार सेल हा धनभार (P-type) आणि ऋणभार(N-type) असणाऱ्या अर्धवाहक (semiconductor) घटकांच्या एकत्रीकरणाने तयार होतो. अर्धवाहकांचे गुणधर्म हे धातू आणि अधातू यांच्यामध्ये असतात. प्रकाशकण जेव्हा सोलार सेलमध्ये शोषले जातात, तेव्हा त्यांचे ऋणभारीत कण आणि भारमुक्त कण अशा दोन विभिन्न घटकांत रूपांतर होते. हे दोन घटक परस्परविरुद्ध दिशांना आकर्षिले जाऊन बाह्य सौर विद्युतमंडल पूर्ण होते आणि अशा रीतीने सौरऊर्जेचे रूपांतर विद्युतऊर्जेत होते.

सध्याच्या संशोधनाचा कल हा अधिकाधिक कार्यक्षम सोलार सेल तयार करण्यासोबतच मध्यम कार्यक्षम; परंतु तुलनेत स्वस्त आणि टिकावू असे संशोधन पातळीवरील सोलार सेल आणि पुढे चालून सोलार पॅनल तयार करण्याकडे आहे. बहुतांशी सोलार पॅनलसाठी काच हे पाया (substrate) म्हणून वापरले जाते, त्याऐवजी प्लॅस्टिक किंवा इतर अनेक लवचिक धातू पाया म्हणून वापरून सोलार सेलची पुढील रचना त्यावर बांधल्यास तयार होणारे सोलार पॅनल हे वजनाने खूप हलके, लवचिक तसेच वाहतुकीसाठी खूप सोयीचे ठरू शकते. असे हलके आणि लवचिक सोलार पॅनल हे घरावरील छपरे, पाठीवर घेण्याच्या बॅग, कारचा वरचा भाग आदी अनेक ठिकाणी वापरता येतील, अगदी आपण घालतो ते कपडेसुद्धा यापासून तयार करता येतील. हे पॅनल खिशात घडी करून ठेवता येतील आणि पाहिजे तेव्हा काढून मोबाईल त्यावर चार्ज करता येईल! अर्थातच अशा पॅनलची किंमत तुलनेत बरीच कमी असेल. असे तुलनेत स्वस्त, टिकाऊ आणि लवचिक सोलार पॅनल भारतासारख्या विकसनशील देशासाठी आदर्श आहेत. कारण हे सहजरीत्या खेड्यापाड्यात पोचवता येतील. शिवाय सोलार पॅनलपासून तयार होणारा एकदिक विद्युतप्रवाह (Direct current) हा बहुदिक विद्युतप्रवाहात(Alternating Current)  रूपांतर करण्यासाठी वापरण्यात येणाऱ्या इन्व्हर्टर तंत्रज्ञानातही आमूलाग्र संशोधन चालू आहे. त्यामध्ये सोलार पॅनल आणि इन्व्हर्टर अशी एक संलग्न आणि स्वायत्त यंत्रणा विकसित होत आहे जी वाहतुकीसाठी सुलभ असेल आणि दुर्गम भागातही वापरण्यासाठी सोईस्कर असेल. एकंदरीतच सौरऊर्जा क्षेत्र लवकरच प्रबळ होईल अशी आशा करण्यास हरकत नाही.

सोलार सेलच्या पिढ्या
पहिल्या पिढीतील सोलार सेल हे मुख्यतः सिलिकॉनपासून तयार झाले. या सोलार सेलची कार्यक्षमता (Efficiency) साधारण २०-२५ टक्के असते. मात्र, सिलिकॉन हे मुबलक प्रमाणात उपलब्ध नाही, तसेच सिलिकॉन संगणकाचे चिप्स तयार करण्यासाठी वापरले जात असल्याने महागडेदेखील आहे. सध्या घराघरांवर दिसणारे सोलार पॅनल हे बहुतांशी सिलिकॉनपासून तयार झालेले आहेत.

दुसऱ्या पिढीतील सोलार सेल हे तांब्यासारख्या त्यामानाने स्वस्त आणि मुबलक प्रमाणात उपलब्ध असणाऱ्या धातूंच्या संयोगाने तयार झालेल्या मिश्रधातूंपासून बनविले आहेत आणि त्यांचे सध्या संशोधनाकडून औद्योगिक उत्पादनाकडे स्थित्यंतर चालू आहे. हे दुसऱ्या पिढीतील सोलार सेल "थिन फिल्म सोलार सेल' म्हणून प्रचलित आहेत. यांची उदाहरणे म्हणजे कॉपर-इन्डिअम-गॅलीअम-सेलेनाईड (CIGS) आणि कॅडमियम टेल्युराईड (CdTe). या सोलार सेलची कार्यक्षमता साधारण १२-१५ टक्के असते. दुसऱ्या पिढीतील या तंत्रज्ञानाला "थिन फिल्म' म्हणून संबोधण्याचे महत्त्वाचे कारण म्हणजे अतिशय कमी जाडीचा (एक मीटरचा दशलक्षावा भाग) मूलद्रव्यांचा थर हा त्याच्यापेक्षा शंभर पटीने अधिक असलेल्या सिलिकॉनच्या थराएवढाच कार्यक्षम असतो. पर्यायाने सिलिकॉनपेक्षा साधारण शंभर पटीने कमी असा मूलद्रव्यांचा वापर होतो.

तिसऱ्या पिढीतील सोलार सेल हे अतिशय स्वस्त असणाऱ्या आणि सुलभ प्रक्रियेने तयार करता येण्याजोग्या सेंद्रिय घटकांपासून तयार करण्यात येत आहेत आणि ते सध्या संशोधन पातळीवर आहेत.

जवळपास सर्वच पिढ्यांतील सोलार सेलच्या सैद्धांतिक आणि प्रायोगिक क्षमतेत तफावत आहे. ही तफावत कमी करण्यासाठी पुंज-भौतिकशास्त्रातील (Quantum Physics) काही मूलभूत तत्त्वे वापरून चौथ्या पिढीतील सोलार सेलवर संशोधनही वेग घेत आहे. प्रकाशकिरण हे विविध तरंगलांबीचे (wavelength) बनलेले असतात. प्रत्येक पदार्थ त्याच्या काही मूलभूत गुणधर्मामुळे काही विशिष्ट तरंग लांबीचेच प्रकाशकिरण शोषून घेऊ शकतो. त्यामुळे चौथ्या पिढीतील सोलार सेलमध्ये असे ३-४ वेगवेगळे पदार्थ एकमेकांवर ठेवून प्रकाशकिरणांच्या दृश्‍य स्पेक्‍ट्रममधील जास्तीत जास्त भाग कसा वापरता येईल या दृष्टीने संशोधन चालू आहे. त्याचप्रमाणे असेही आढळून आले आहे की तोच पदार्थ नॅनो वायरच्या स्वरूपात वापरल्यास त्याचे गुणधर्म बदलून तो वेगवेगळ्या तरंग लांबीचेच प्रकाशकिरण शोषू शकतो.